爱华网虽然历代天文学家已经取得了相当辉煌的成就，从月球与地球之间的大体距离，到行星轨道，但大部分公众仍然认为恒星和行星不过是天幕中发光的亮点，而大地则是一片平坦。毫无疑问，没有令人信服的视觉证据，天文学家仅依靠数学计算与推测无法让人类对于宇宙的认识更进一步。于是，在1609年，一种仪器诞生了，从而彻底改变了我们认识整个外部空间的进程。
记者◎朱步冲
终结地心说的小发明 故事的开始总是沉闷的。1576年，丹麦天文学家第谷·布拉赫在丹麦和瑞典之间的海岛上建立了第一个现代意义上的天文台，做一系列仔细的火星观测记录。23年后，与丹麦国王闹翻的第谷来到布拉格，年轻的德国天文学家约翰·开普勒充当了他的助手。借助导师丰富的观察手记，开普勒发现，假如火星是沿着某个椭圆轨道围绕太阳运动，而太阳正好处于椭圆某个焦点位置，那么就与第谷的观测结果非常吻合。1609年，他出版了《新天文学》，详细阐述了自己的想法。几乎与此同时，荷兰泽兰省米德尔堡市一位眼镜制造商汉斯·里帕席的店铺里发生了一件有趣的小事：一个淘气的学徒在无聊时，将陈列的各种透镜轮流从橱窗里拿出来把玩，结果无意中发现，如果将两块透镜以一远一近的顺序放在眼前，那么远处的教堂塔楼、风车等景物会变得又大又近。当里帕席发现学徒的把玩后，他立刻明白，这个东西可能具有不可思议的广泛用途。他将两块透镜安放在一根金属管内，把这个新奇玩意命名为“窥器”，而希腊籍数学家、罗马红衣主教的书记爱奥亚尼斯·狄米亚西尼，则建议应当称呼它为“望远镜”（Telescope），这个词在希腊文中的原意为“在远处看”。 此前，光学透镜在人类文明发展的潮流中只是时隐时现，考古学家们曾在克里特岛和小亚细亚出土过制造于公元前2000年左右的粗糙透镜。公元10至11世纪时，著名的阿拉伯物理学家、居住在巴士拉的阿尔哈曾就在自己的著述中提到过光的折射原理，并初步对透镜的放大功能做出了阐述。13世纪初，牛津大学圣方济各会修士约翰·皮克汉姆根据阿尔哈曾的研究，写过一部简略的《透视法》。最初在荷兰、比利时与意大利城市中制造的透镜被用来制作最初的眼镜，罗杰·培根就曾是最早一批眼镜的受益者。 里帕席的发明问世后，除了在军事上被热衷于摆脱西班牙控制的荷兰联省军队用于侦察外，也引起了学者们的好奇，其中就包括在意大利帕多瓦担任数学教授的伽利略·伽利雷。就在里帕席发明望远镜的同一年，他在游历威尼斯的时候也观察到了这个新鲜玩意，于是用一块平凸透镜和一块平凹透镜制造了自己的望远镜。凹透镜在靠近眼睛的一侧，称为目镜，而凸透镜则被称为物镜。当他最终将自己长1.2米、直径4.4厘米的望远镜指向月球时，他看见了一个粗糙的表面，有山脉，表明希腊天文学中关于天体超凡完美的假设与事实大相径庭。不仅如此，伽利略进一步推论说，既然月亮和地球如此相像，而月亮会沿着某个轨道运动，那么地球也不排除这样的可能性。 1610年，声名日隆的伽利略前往佛罗伦萨，担任托斯坎尼公国的宫廷数学家和哲学家，据说原因在于伽利略聪明地把观测到的四颗木星卫星命名为美第奇星，以讨好这个统治托斯坎尼的意大利豪门世家。在那里，伽利略借助望远镜的观察，使得托勒密天文学的论断不断崩溃：比如托勒密理论的拥护者指出，如果哥白尼的理论成立，那么随着地球在空间中的移动，恒星在天球中的位置也应变化。这种情况在天文学依赖肉眼观测的时代并没有发生，然而望远镜观测的结果表明，恒星太遥远了，以至于位移根本无法察觉——在透镜中，恒星仍然没有显示成为球体，而仍然是一些光点，这个结果对于哥白尼的理论是极端有利的。1610年8月，伽利略宣布，金星也拥有类似月亮月相一样的位相，证明金星和这颗地球的卫星一样，是个黑暗的天体，它的光亮来自太阳，并且按照椭圆轨道围绕太阳转动。次年他又宣称太阳也并非永放光芒、完美无瑕的天体，因为它拥有难看的瑕疵——太阳黑子。尽管这些离经叛道的妄言最终导致他于1633年，被迫在罗马圣玛利亚修道院的大厅里向10位枢机主教忏悔，接受了被终身监禁的判决，但真正被宣判败诉的，却是人类陈旧的地心宇宙观——200年来的权威，被一名孤立的观测者借助一架简陋的仪器在3年内打败。1642年，双目失明的天文学家在佛罗伦萨附近的阿切特里去世，而正是在这一年，另一位在揭示宇宙运行真相方面同样重要的人物艾萨克·牛顿诞生了。 伽利略精神的继承者 1638年，英国天文学家威廉·盖斯科因发明了测微器，精确测量出恒星的角宽度。1670年，英国钟表匠威廉·克莱门特制造出了第一台长摆钟，可以在探测距离方面得出前所未有的精确结果。出生在意大利的法国天文学家乔凡尼·多美尼科·卡西尼与助手让里歇分别在巴黎天文台与位于南美洲的法属圭亚那的卡宴两地进行观测，计算出太阳与地球的距离达到了惊人的1.4亿公里，而非自希腊时代以来就一直被天文界奉为圭臬的800万公里。并且借助时钟和测微器，天文学家们第一次可以通过角宽度换算来了解天体的体积：金星约与地球一般大，而木星的直径却比地球宽了大约11倍，至于太阳，它的直径居然是130万公里，超过地球100倍。 如同欧洲政治霸权的争斗那样，巴黎天文学家最强劲的对手来自英国。1663年，爱丁堡的詹姆斯·格里高利设计出了第一台反射望远镜，这件发明的诞生确是有现实的需要：传统的伽利略或开普勒式折射望远镜已经长达40米以上，越来越难驾驭，并且无法解决诸如天体色差等问题。而格里高利则发现，两个椭圆面反射镜对光线进行反射并重新聚焦后，产生的天体形象较之以往有了相当的提高。1668年，年仅27岁的剑桥大学圣三一学院学生、赋闲在林肯郡家中的艾萨克·牛顿，依照格里高利的思路改良了自己的反射望远镜。该望远镜由一面铜锡砷合金主镜、一面平面反射镜和一面目镜组成，虽然仅长6英寸，但能够产生放大40倍的物象。1675年，一群皇家学会的学者，由天文学家约翰·弗拉慕斯蒂德领衔，向国王查理二世要求建立一座专用的固定天文台，以便更好地计算经纬度，来指导在大洋上航行，帮助为英帝国带来财富的商船队与海军舰队的航行。吝啬的国王任命弗拉慕斯蒂德为第一任御前天文学家，支给他一小笔薪水，责令其在伦敦东南郊区的格林威治建立一座天文台。弗拉慕斯蒂德为了这所日后世界天文观测的权威中心耗尽了心血和积蓄，以至于1719年去世时，冷酷的债主甚至闯进格林威治，拿走了部分仪器用以抵偿他生前未能还清的债务。 在与弗拉慕斯蒂德一同进入格林威治的第一批英国天文学家中，还包括年轻的埃德蒙·哈雷。1676年，年仅20岁的哈雷就带着一架24英尺的望远镜和计时器，跑到了南大西洋上的圣赫勒拿岛，在坏天气和热病的折磨下整整度过了两年，详细记录下了南部天球上341颗恒星的精确位置。今天，他被全球天文爱好者所熟悉，是因为他成功地预测了人类有史以来首颗有记录的周期彗星哈雷彗星（1p/Halley）的回归周期。在此前，彗星还被认为是由上帝直接控制的天象，其出现则预示着灾难与巨变。哈雷更大的贡献在于通过长期观测，于1718年提出，至少有3颗亮度极大的恒星——天狼星、大角星与毕宿五的位置，都与托勒密或同时代希腊天文学家记载的位置相差甚多，由此证明了哥白尼的假设——以往被假定为位置恒定的恒星，也是拥有自身运动轨迹的。 反射望远镜的胜利
在牛顿之后的200年中，天文学家们取得了相当大的成就：从获悉彗星的光谱、精确地观测到火星表面到日珥的发现。然而无论是反射还是折射式望远镜，技术仍然处于相对的停滞状态。直到1879年，英国天文学家安德鲁·安斯利·康芒将一片直径36英寸的镀银反射镜装入了自己的天文望远镜。 在康芒之后，改良的反射望远镜迅速使天文学家的视野拓展到了前所未有的程度，美国以其雄厚的工业力量和财富成为探索宇宙的新兴中坚力量。从1919年开始，埃德温·鲍威尔·哈勃借助加州威尔逊山镜面直径达100英寸的胡克天文望远镜，利用星系光谱计算，得出了一个创造性的结论：众多星系在以惊人的速度远离我们。最简单可信的解释就是整个宇宙正在膨胀，每个星系与近邻之间的距离都在加大。到今天，“哈勃定律”已经被视为整个天文学观测的基本定律，也是人类有史以来得出的第一个关于宇宙整体的基本变化趋势。在这一成就的刺激下，更多大型反射望远镜竞相出现，最终，于1948年6月落成、被安装在威尔逊山附近帕洛伊玛山、镜面直径200英寸、以美国天文学家乔治·艾利·海尔命名的“海尔望远镜”，成为反射型望远镜历史上的巅峰之作。它能拍摄到暗至23等的天体（亮度只有肉眼可见最暗天体的六百万分之一），最远能探测到距离地球远达几亿光年的暗弱星系——这样的成就在令人赞叹的同时，也明白无误地表示，利用可见天体发出的光芒作为窥视宇宙的手段，已经走到了尽头。倘若人类还要更进一步，就势必要出现一场全新的天体观测技术革命。 从光到微波 具讽刺意味的是，这种全新手段早在19世纪初就具备了雏形。1800年，曾发现了天王星的英国天文学家威廉·赫歇尔在测量太阳光谱不同部分的热效应时，曾发现，如果把温度计放到光谱红端的外侧时，热效应仍然持续上升，于是这些不能被肉眼所观察到的光线就被命名为“红外辐射”。70年后，苏格兰数学家詹姆斯·克拉克·麦克斯韦建立了完整的电磁理论，并证明，作为一种电磁辐射的光，只占据了“电磁波谱”中很小的一个部分，仿佛一整副扑克中为数不多的几张。由此，天文学家们很快就相信，除了可见光，太阳和其他行星发射的其他辐射肯定承载了更多的有用信息。1932年，就职于贝尔实验室的无线电工程师卡尔·古特·央斯基在新泽西州的荷尔姆德尔建造了一批巨大的、能够旋转方向的矩形金属天线阵，试图发现哪些因素会干扰无线电波。1932年1月，央斯基被一种每隔23小时56分4秒出现最大值、且始终稳定的无线电干扰迷住了。最终，他发现这股神秘的电波来自宇宙，大约是银河系的中心位置，于是，这套粗陋的金属天线就成为世界上第一台射电天文望远镜。尽管“二次大战”的爆发严重阻碍了射电天文探测的发展，但在战争中迅猛发展的雷达技术，却在战后“补偿”了这段长达6年的停滞。 用微波回波探测技术，天文学家可以窥探那些以往面貌不清的行星的真容，比如一向被浓云遮蔽的金星。1965年，第一张粗略的雷达金星图被绘制出来，它显示这个星球上拥有山脉和类似峡谷一样的地貌。同样，不同回波波长的变化，可以计算出天体接收微波的地点是在接近还是在远离我们，从而可以借助计时器测算出行星自转的速度，比如金星自传周期为243.1天，水星则是59天。 借助这些形态各异的天线组合，我们首次能够了解到在宇宙中最遥远的地方，和最久远的过去所发生的一些令人惊奇的事情。1971年发现的类星体OH471，与地球的距离竟然达到120亿光年，并正在以约等于光速90%的速度远离我们——也许人类已经探测到了发生在上百亿年前宇宙大爆炸时代的情景。同样，生命的起源，似乎也能从这些微波中窥见端倪。在弥漫的尘埃云和气体云中，95%的成分无法借助光学望远镜和光谱仪“看”到，然而借助特定原子或原子组合发射的微波波长，却能像追踪罪犯指纹那样，利用射电望远镜分析它们的成分。1968年，加州大学的观测者们测到了来自星际空间水分子和氨分子所特有的波长，证明即便在条件最苛刻的外层空间中，仍然具有一些处于向最简单生命形态进化的东西。 自此，光和微波，这两种遥远星系向我们传递信息的载体，已经基本为人类所掌握，而横亘在观测者面前的新障碍，就是我们居住的这颗星球本身所造就的局限性。光学望远镜已经无法突破大气层的阻挡，射电天文望远镜所依靠的基线已经是整个地球的直径，分辨率已经达到极限。正如著名美国科幻作家阿西莫夫于1982年所论断的那样，只有将观测仪器送到远离太阳风、重力、大气干扰的太空中去，人类才能将自己的智慧真正延伸至时空的开始与尽头。
